Фактические и возможные солнечные влияния на Землю

Чтобы уяснить фактические и возможные солнечные влияния на Землю, охарактеризуем кратко геосферы, которые подвергаются этим влияниям: радиационные пояса с ионосферой, атмосферу, гидросферу (водную оболочку), литосферу (земную кору).

Радиационные пояса планеты и ионосфера - очень разреженная область космоса - простираются на многие тысячи километров от поверхности Земли и принадлежат по сути дела столько же Солнцу, сколько Земле. В этих областях поток солнечных частиц (ионов, электронов, протонов и т. д.) закручивается, притягивается, искривляется магнитным полем Земли и обогащается частицами, восходящими из атмосферы планеты. Атмосфера насквозь пронизана солнечными лучами. Часть излучений - электромагнитные волны определенной длины - она задерживает или отражает. (Известно, что видимый нами свет составляет небольшую долю от широкого спектра электромагнитных излучений Солнца). Озоновый слой атмосферы задерживает и ослабляет ультрафиолетовую радиацию Солнца. Исчезновение этого слоя грозит гибелью живым существам, для которых сильное облучение ультрафиолетовыми лучами смертельно.

Повторяемость солнечных пятен (вверху) и среднегодовые температуры от тропика до полярной зоны северного полушария (по Ю. Ганну). Анализируя этот график, Ю. Ганн в 1902 году сделал вывод: «На основании той связи между солнечными пятнами и погодою, которая в настоящее время стала вероятной, никоим образом нельзя предсказать даже общего характера погоды предстоящего года».Повторяемость солнечных пятен (вверху) и среднегодовые температуры от тропика до полярной зоны северного полушария (по Ю. Ганну). Анализируя этот график, Ю. Ганн в 1902 году сделал вывод: «На основании той связи между солнечными пятнами и погодою, которая в настоящее время стала вероятной, никоим образом нельзя предсказать даже общего характера погоды предстоящего года».

Для гидросферы наиболее существенно тепловое воздействие Солнца. Как известно, с повышением температуры воды увеличивается скорость ее испарения, а при снижении температуры вода начинает затвердевать. Без солнечного тепла подвижная водная оболочка вовсе не могла бы существовать: на поверхность Земли поступает от Солнца е несколько тысяч раз больше энергии, чем из подземных недр. Подавляющая часть солнечных излучений не проникает в землю глубже, чем на несколько сантиметров. На десятки метров проникает солнечное тепло. Казалось бы, ниже начинаются области, которые подчиняются главным образом внутренним силам планеты. Однако это не так. Земная кора существует несколько миллиардов лет. За это время она неоднократно прогибалась. Горные породы с поверхности погружались порой на десятки километров. За геологическую историю солнечная энергия, накопленная поверхностными горными породами, распределилась по всей земной коре. Можно утверждать, что земная кора в масштабах геологической истории пронизана солнечными излучениями.

Лежащая ниже пятнадцати - восьмидесяти километров от поверхности Земли мантия и залегающее еще глубже ядро практически не испытывают на себе воздействия солнечных излучений. Косвенно на верхней мантии могут отражаться процессы, происходящие в земной коре. Электромагнитные поля Земли проникают до ядра. Однако их энергия слишком мала, чтобы потревожить "спокойствие" каменных глубин, стиснутых колоссальным подземным давлением.
Наиболее доступные для людей и приборов области изучены сравнительно неплохо. Это прежде всего поверхность планеты (верхи литосферы и гидросферы, нижние слои атмосферы). За последние десятилетия с помощью ракет удалось собрать ценнейшие сведения о жизни средних и верхних слоев атмосферы и открыть новую оболочку планеты - радиационные пояса. Но эти данные еще слишком разрозненные и охватывают слишком малый промежуток времени, чтобы уловить и, главное, доказать те или иные явления, происходящие высоко над нашими головами.

От поверхности Солнца к Земле (150 миллионов километров) непрестанно движется поток излучений - количество энергии, равное 1540 калориям в секунду с одного квадратного сантиметра поверхности светила. Это эквивалентно тому, если бы на каждом квадратном метре солнечной поверхности действовал электромотор мощностью 86 тысяч лошадиных сил. Около семидесяти процентов этой энергии рассеивается, не доходя до поверхности планеты. Оставшаяся колоссальная энергия распределяется на Земле неравномерно, в зависимости от угла наклона поверхности к солнечным лучам, от расстояния Солнце - Земля (как известно, это расстояние в течение года изменяется на 4,8 миллиона километров, что соответствует изменению солнечной энергии примерно на семь процентов) и от некоторых других, менее существенных причин.

Время от времени, в среднем через одиннадцать лет (а в действительности от семи до семнадцати лет), солнечная активность возрастает и падает. Эти колебания связаны с появлением на Солнце пятен - сравнительно темных областей, в районе которых обычно вздымаются мощные протуберанцы. По числу пятен (в пересчете на числа Вольфа - по имени астронома, первым введшего эту величину) можно судить о масштабах колебаний активности Солнца.

В период максимальной активности общая величина солнечного излучения увеличивается менее чем на один процент. Если судить на основании всего потока солнечной энергии, Солнце следует считать постоянной звездой.

Однако в периоды солнечной активности резко возрастает мощность ультрафиолетового, рентгеновского и радиоизлучений. Если судить только по этим видам излучений, Солнце следует считать переменной звездой.

Не надо забывать, что мы сейчас имеем в виду само Солнце. А если судить о его воздействии на Землю, то для любой точки нашей планеты солнечное излучение крайне переменно: ото дня к ночи, от пасмурной погоды до ясной, от зимы к лету и т. п. Вот эта "относительная переменность Солнца" (с сугубо земной точки зрения) и определяет главным образом великое разнообразие и сложность процессов, происходящих выше каменных геосфер.

Радиационные пояса реагируют по существу лишь на колебания солнечной активности. На освещенной Солнцем стороне Земли внешний радиационный пояс находится на высоте восьми - тринадцати земных радиусов (порядка шестидесяти тысяч километров). А на теневой стороне Земли это расстояние увеличивается до двадцати двух paдиусов и более.

Радиационные пояса, созданные магнитным полем Земли, - ловушки, ускорители солнечных частиц. С помощью спутников установлено, что даже сравнительно небольшие вспышки на Солнце заметно влияют на радиационные пояса. Усиленный поток частиц высокой энергии - протонов - регистрируется уже через несколько часов после вспышки. Через десятки часов поспевают частицы низкой энергии. Потоки, вихри частиц создают магнитные бури.

Радиационные пояса рождены взаимодействием излученных Солнцем частиц и электромагнитного поля Земли. В то же время они заметно влияют на само геомагнитное поле. Об этом можно судить по четкой прямой зависимости колебаний магнитного поля Земли от солнечной активности. Недаром английский ученый С. Чепмен заявил: "Мы живем в атмосфере Солнца".

Шторм, как известно, сильнее всего бушует у поверхности моря. С глубиной его сила затихает и в конце концов сходит на нет. То же и в атмосфере. Мощные магнитные бури в радиационных поясах заметнее всего сказываются в самых верхах атмосферы - в ионосфере. Здесь силой солнечного излучения атомы лишаются своих электронных оболочек, превращаясь в ионы. С усилением излучения усиливается и процесс ионизации, а в связи с этим - электрические свойства ионосферы, плотность, температура. Слои ионосферы частично отражают радиоволны (это позволяет вести дальнюю радиосвязь). Во время магнитных бурь благодаря резким изменениям свойств ионосферы дальняя радиосвязь нарушается. Зато в такие периоды у полюсов расцветают в ночном небе перламутровые полярные сияния. Первыми об этом сообщают шумящие и потрескивающие радиоприемники.

На Земле за год обычно происходит несколько магнитных бурь. В годы повышенной солнечной активности число их достигает тридцати - сорока. "Солнечные вспышки являются наиболее важной частью солнечной активности, влияющей на ионосферу,- пишут американские геофизики Р. Уиттен и И. Поппов.- Большая солнечная вспышка - это драматическое событие для нижней ионосферы, влекущее за собой обширные последствия, происходящие как немедленно, так и с небольшой задержкой". Особо подчеркивают они роль солнечных излучений большой энергии (рентгеновских лучей) - невидимых кинжалов, терзающих ионосферу планеты, проникая глубоко в ее рыхлую плоть.

Итак, гармония высоких "небесных" сфер Земли определена Солнцем; оно - автор и дирижер этой непрестанной симфонии, неслышимой для нас, но ощутимой чуткими приборами. А живые существа (и мы в этом числе) чувствуют эту причудливую мелодию с ее постоянными подъемами и падениями не грубым слухом, а всем своим существом, сплетением тончайших и нежных нервных волокон.

На дне атмосферы - в тропосфере - солнечное воздействие как бы удваивается. Лучи Солнца отражаются от поверхности Земли или воды. Возникает множество специфичных "земных" процессов: поглощение солнечных лучей, испарение воды, неравномерный нагрев суши и моря и т. п. Атмосфера вращается вместе с каменной массой планеты и периодически нагревается Солнцем и охлаждается в тени. Все это очень осложняет движение воздушных потоков близ поверхности Земли.
Солнце приводит в движение весь механизм атмосферы, питает его энергией. Можно даже сказать, что низы атмосферы перенасыщены этой энергией. То там, то тут грохочут молнии, разряжая "атмосферный аккумулятор". Возникают гигантские вихри - циклоны и антициклоны, которые концентрируют энергию, в тысячи раз превосходящую энергию мощнейших водородных бомб.

Но известно, излучение Солнца в определенном диапазоне волн переменно: хорошо заметен одиннадцатилетний ритм и, по-видимому, вековой. Как они влияют на жизнь низов атмосферы?

К сожалению, вопрос этот во многом остается неясным. Низы атмосферы (в особенности тропосфера) сравнительно плотны, а потому и более инертны, чем верхние разреженные области. Они защищены от некоторых видов солнечной радиации благодаря экранирующему действию геомагнитного поля и верхних слоев атмосферы, а движение воздушных потоков очень осложнено рельефом Земли и многими другими факторами. Колебания солнечной активности, при которых общая энергия Солнца изменяется ничтожно, не должны непременно сказываться в низах атмосферы, тем более в простой, очевидной зависимости 1 от чисел Вольфа.

И все-таки есть убедительные факты, указывающие на связь погоды (колебаний влажности, давления, скорости и направления ветра, температуры воздуха) с изменением солнечной активности. В некоторых случаях эту связь удается проследить достаточно четко. Так, в 1955 году было зарегистрировано около сорока метеорологических катастроф, а через два года - в три раза больше. Одновременно увеличилась и солнечная активность. Катастрофы наблюдались в разных частях Земли. В Уругвае в 1957 году стояла небывалая жара, а в зоне субтропиков Грузии прошла снежная буря. В Америке свирепствовали ураганы. В Европейской части Союза был сравнительно теплый январь, зато в то же время жители Ташкента и Алма-Аты страдали от морозов.

В 1961 году Солнце стало успокаиваться и погода тоже сделалась устойчивой.

Советский ученый Л. А. Вительс построил график повторяемости глубоких циклонов. Полученная кривая достаточно точно совпала с кривой продолжительности жизни солнечных пятен. Климатологи обнаружили аналогичные зависимости для колебаний средних температур воздуха в разных районах нашей страны и годовых сумм осадков в Каменной степи и т. д.

Метеорологами разработана целая система математических показателей изменения погоды - типов общей циркуляции атмосферы. Повсюду на Земле происходят периодические изменения типов общей циркуляции атмосферы (например, меняется преобладающее движение циклонов и антициклонов, вторгаются арктические холодные массы воздуха и пр.). Эти изменения обнаруживают зависимость от солнечной активности.

"Широкие круги климатологов начинают понимать, что первопричиной современных крупных климатических колебаний является солнечная активность",- писал в 1963 году М. С. Эйгенсон - известный советский гелиофизик. Он же утверждал: "Солнечная активность ускоряет темп и соответственно изменяет характер работы земной атмосферной циркуляционной машины, т. е. весьма сложной системы вертикальных и горизонтальных, больших и малых колес циркуляции".

Нельзя, однако, забывать о возможности преувеличения солнечной обусловленности климатических перемен. Во всяком случае, одиннадцатилетний цикл солнечной активности не должен как будто четко и однозначно менять климат на планете каждые одиннадцать лет (в среднем). Этому мешает, в частности, инертность придонных слоев атмосферы. Слишком уж кратковременны и сравнительно слабы солнечные вспышки, даже в годы "беспокойного Солнца".

Нельзя сильно раскачать тяжелые качели, если подталкивать их частыми короткими толчками. Качели будут лишь вздрагивать. Необходим особый ритм толчков, соответствующий периоду колебаний качелей.

Краткие солнечные удары как бы заставляют климаты Земли вибрировать. Но далеко не всегда и не все эти удары совпадают с "собственными колебаниями" климата. В некоторые моменты, в отдельные промежутки времени такие совпадения могут быть. Но рано или поздно они начнут исчезать.

Ученые не всегда бывают беспристрастны, исследуя то или иное природное явление. Поэтому в одних книгах читаешь о многочисленных соответствиях солнечных и климатических ритмов, а в других, напротив, подчеркиваются многочисленные несоответствия.

Если обе точки зрения верны, связь колебаний климата и солнечной активности может и наблюдаться со всей очевидностью (в особенности для отдельных отрезков времени в конкретных районах), и не наблюдаться вовсе. Но, судя по всему, они все-таки чаще имеются, чем отсутствуют.

Отправить ответ

Оставьте первый комментарий!

avatar
  Subscribe  
Сообщать